2-2真空熔炼炉

热电偶测温
2）测点设置：

多点测温，三点、六点、九点测温。
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电阻炉真空系统
低真空系统
中真空系统

罗茨泵+机械泵 油增压泵+机械泵 扩散泵+罗茨泵+机械泵 扩散泵+机械泵 扩散泵+油增压泵+机械泵
真空应用
Vacuum Application
主讲： 王晓冬 xdwang@mail.neu.edu.cn
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2 真空冶金
2.1 真空冶金的特点和分类√
2.2 钢液真空处理 √
2.3 真空电炉的分类和组成 2.4 真空感应熔炼
2.5 真空电弧熔炼
2.6 电子束熔炼
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电极
电极的作用


导电—将低压大电流输入加热体； 绝缘—由玻璃层压板、聚四氟乙烯实现与炉 体的绝缘； 密封—由真空橡胶实现与炉体的静密封； 水冷—由水带走电极的发热量，保证其正常 工作。
材料：紫铜—导电好，导热好。 结构：固定电极、可调电极。
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电阻炉的组成
电阻炉的组成：

炉体+电源、电控+真空系统
炉壳、保温炉衬、加热体、电极、观察窗、 测温装置、测压装置、传动机构
炉体：

真空系统：

泵+阀门+冷阱+管路+波纹管
以油扩散泵或油增压泵系统为主。
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高真空系统

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观察窗
观测窗的作用

观测炉内工作情况 光学测温
材料

石英玻璃、耐火玻璃、钢化玻璃
结构

单层、双层玻璃观察窗
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温度测量
1）测温装置：
炉壳
强度、稳定性、气密性； 圆形、方形； 炉盖—蝶形、椭圆形封头，或平底、平盖；
材料：加热室采用不锈钢或碳钢内表镀镍、
喷铝、涂覆有机材料。
双层水套、冷却水管； 内径尺寸400-4000mm已系列化。
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集肤效应
导体通有交流电时，导体内电流密度重新
分布，外大内小—即为集肤效应。 集肤效应的强弱与电流频率密切相关； 频率越高，集肤效应越明显； 同时，导体直径越大，集肤效应越明显。 集肤效应使得导体有效导电面积减少，电 阻增大。
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2.3 真空电炉分类和组成
炉子—工业炉

区别其它如民用炉等，必有一个热源提供热量，热源 是炉子的核心部分。
电炉—工业炉的一种
磁场满足叠加原理，方向遵守右手定则。

交变磁场产生感生电场—交变磁场的电
效应

法拉第电磁感应定律：当通过回路所包围的 面积的磁通量发生变化时，回路上产生感生 电动势，其大小与磁通量变化率成正比。
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按工作温度分

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外热式和内热式电阻炉
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综合效应
感应器—圆环效应，电流集中在圆环内侧； 熔材—集肤效应，电流集中在熔材的外侧；
感应器与熔材—邻近效应，电流方向相反，
使电流集中在两者靠近的一侧。
综合效应—电流集中在感应器内侧和熔材的
外侧。
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最终在真空中完成浇铸，获得高质量的材
料。
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电磁感应与涡流热
电流产生磁场—电的磁效应

比奥-萨法尔定律：导体中通有电流时，导 体周围空间和内部产生磁场。
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真空电炉的组成
炉体：真空室，实现工艺过程的条件和空
间；
电源、电控：为电炉提供能量，并按工艺
要求实现控制；
真空系统：获得并维持工艺需要的真空环
境；
水冷却系统。
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圆环效应
通以交流电的线圈，其内部电流重新分布， 并且内侧电流密度大于外侧的电流密度。 只有导体直径d足够大， 而圆环直径D较小时，
圆环效应才会明显表现出来。
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电源、电控+炉体+真空系统
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炉体
导电排
电控柜
真空系统
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周期式电阻炉
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半连续式电阻炉
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真空电炉的分类
根据电能向热能转变的方式可分为：

真空电阻炉 真空感应炉 真空电弧炉 电子束炉
除炉体外电炉还包括一套电源、电控， 以及真空系统。
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加热体
加热体提供炉子需要的热量（电阻热）； 实现电能向热能的转化； 是炉子的核心部分； 决定炉子的工作能力（功率、温度）和寿
命。

金属加热体：纯金属—钨、钼、钽； 金属合金加热体—镍铬合金、铁铬铝合金。 非金属加热体：石墨、硅化钼、碳化硅。
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1）真空电阻炉
加热体通电，因其电阻而发热，由对流、
辐射、传导等方式传递给工件，使其被加 热或融化。 在真空条件下，传热以辐射为主。
Q=I2R →辐射给工件→ T工件↑
电源：交流、低压、大电流。由磁性调压
变压器提供。
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邻近效应
当通有交流电的两个导体相互靠近时，由
于相互作用，其中的电流重新分布。 电流同向时，导体外侧电流密度>内侧； 电流反向时，导体内侧电流密度>外侧。
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电阻炉的分类
按加热体位置分

外热式和内热式 立式和卧式
按结构形式分

按作业方式分

周期式、半连续式、连续式
低温炉、中温炉、高温炉
感应熔炼的综合效应
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电动力效应
带电导体在磁场中受力（电动力）遵守左
手定则，力的大小为：
FK P2 f 1 f
式中：P2—炉料吸收的功率； f—电流频率； K—系数。
保温炉衬
保温、节能； 形状有圆形和方形； 金属反射屏：

钨、钽、钼、不锈钢
厚壁式炉衬：

石墨毡厚壁炉衬； 陶瓷纤维毡厚壁炉衬； 混合毡厚壁炉衬。
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以电能作为加热源。 工业炉还包括以煤炭、煤气、天然气、燃油等燃烧热 为热源的燃烧炉。
真空电炉—与普通电炉（大气下或保护气氛
下）相比较，可以获得特殊的冶金效果。
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连续式电阻炉
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电阻炉的应用
真空热处理 真空钎焊 真空烧结 真空熔炼 真空除气
真空干燥等
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加热器
加热器—用绝缘材料（陶瓷）零件将加热
体与保温炉衬紧固成具有一定形状和较高 高温强度的部件。
加热器的尺寸：与料筐间距为50-150mm，
长度为料筐的ห้องสมุดไป่ตู้.2—2倍。
加热体与保温炉衬的间距：50-100mm
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2）真空感应炉
交变电流流经感应线圈，使坩埚内的冶炼
物料之中产生感生电流；
电流流过物料产生的电阻热使其被加热、
熔化；
物料在真空中除气、精炼、合金化；